掺镱相位位移光纤光栅的全光开关

阐述了光纤光栅实现光开关的原理。从结构和材料两方面着手 ,采用掺镱的相位位移光纤光栅来降低对光功率的要求。应用传输矩阵法计算了相位位移光纤光栅的透射特性 ,表明相位位移光纤光栅用于光开关可降低光功率的要求。计算了不同抽运光功率下的消光比 ,结果表明利用掺镱的相位位移光纤光栅可以实现低抽运光功率的全光开关。     

一种提高SOI电光开关消光比的优化设计

针对电流注入型SOI光开关在切换时难以克服的消光比变差的问题,提出了一种非对称的开关结构设计.然后依照实际器件的结构建立了SOI光开关的3D光学模型,对光开关中3D光场传输和输出光功率进行了模拟与分析.最后运用该模型对SOI光开关在电流切换时的消光比变化的问题进行了比较深入的研究,计算结果表明,提出的非对称的开关结构可以将SOI电光开关的消光比提高5 dB左右.     

深紫外光栅反常偏振器件的设计与分析

为实现金属光栅偏振器件在光刻机偏振照明系统中的应用,基于共振域光栅的反常偏振效应,提出一种以二氧化硅为基底、铝与氟化镁作为栅线材料的介质-金属光栅偏振器。与传统的亚波长金属光栅偏振器相比,该偏振器的光栅周期接近入射波长(0.19～0.20μm),表现出透射TE偏振光、反射TM偏振光的反常特性。由时域有限差分算法(FDTD)的数值模拟结果可得,当波长为0.193μm的光垂直入射时,该光栅偏振器对TE偏振光的透过率大于60%,偏振消光比大于180。与具有相同结构参数和栅线材料的单层金属光栅偏振器相比,该介质-金属光栅偏振器在深紫外波段具有良好的偏振性能,TE偏振光透过率提升了约10%,偏振消光比提升了4.5倍左右(在0.193μm波长下)。     

倒梯形双层金属光栅式偏振分束器

为获得高衍射效率、高消光比、宽带宽及大角度容差的光栅结构，提出了一种在近红外波长区域工作的倒梯形双层金属光栅结构的偏振分束器。该结构引入了一层高折射率介质层，并且将光栅区的光刻胶斜切成倒梯形结构，新的设计增大了光栅的透射效率和消光比。使用严格耦合波分析方法，模拟和优化了偏振分束器的结构参数。结果表明，横磁波及横电波在1 290~1 840 nm波长范围内的透射效率和反射效率分别超过97%和95%。透射和反射的最大消光比分别为33 dB和53 dB。在波长为1 550 nm，入射角为-40~40时，光栅的透射和反射消光比都大于22 dB，达到了高性能偏振分束器的要求。相较于双层金属矩形光栅，所提出的倒梯形双层金属结构表现出更高的透射性与反射性，同时具有更好的设计灵活性。     

基于Bragg光栅的超高消光比SOI波导偏振器设计

波导偏振器是片上集成相干光学系统中的关键器件之一,超高消光比、低损耗、紧凑型波导偏振器的设计一直是研究的热点。基于绝缘体上硅平台的倾斜Bragg光栅被用于实现超高消光比波导偏振器结构。利用一维光子晶体能带理论分别计算TE和TM模式光的能带结构分布,选择TE模式禁带与TM导带重叠带隙设计光栅,可实现TM模式低损传输,而TE模式被Bragg光栅高效反射,从而产生超高偏振消光比。3D FDTD仿真表明:16 μm倾斜Bragg光栅波导偏振器可在中心波长1550 nm附近70 nm的带宽内,实现大于37 dB的超高消光比,器件的损耗小于0.64 dB;进一步增加光栅周期数,当长度为25 μm时,消光比可提高至46 dB。Bragg光栅倾斜角与刻蚀宽度偏差仿真表明:设计的结构加工误差容限较大,同时该结构仅需一次曝光刻蚀,工艺流程简单。     

850/1550nm智能集成分波光开关的理论设计

理论分析和设计了一种用于850和1550nm两个光通信窗口的、集波长信号分离和光开关功能于一体的智能集成分波光开关,并将弧形结构全内反射面用于该集成结构中.基于Si基半导体SiGe合金材料的等离子体色散效应,对该结构智能集成分波光开关的串音、损耗、消光比等特性进行了分析和模拟计算.计算得到,作为光开关时器件的平均串音、插入损耗和消光比分别为-19,1.3和21dB,作为分波器时平均串音和插入损耗分别为-11和1.1dB.设计结果表明,该集成器件不仅能够实现850和1550nm两种波长光信号的开关,而且还能对这两种波长的光信号进行分离,是一种有前途的智能化集成分波光开关.     

850/1550nm智能集成分波光开关的理论设计

理论分析和设计了一种用于850和1550nm两个光通信窗口的、集波长信号分离和光开关功能于一体的智能集成分波光开关,并将弧形结构全内反射面用于该集成结构中.基于Si基半导体SiGe合金材料的等离子体色散效应,对该结构智能集成分波光开关的串音、损耗、消光比等特性进行了分析和模拟计算.计算得到,作为光开关时器件的平均串音、插入损耗和消光比分别为-19,1.3和21dB,作为分波器时平均串音和插入损耗分别为-11和1.1dB.设计结果表明,该集成器件不仅能够实现850和1550nm两种波长光信号的开关,而且还能对这两种波长的光信号进行分离,是一种有前途的智能化集成分波光开关.     

850/1550nm智能集成分波光开关的理论设计

理论分析和设计了一种用于850和1550nm两个光通信窗口的、集波长信号分离和光开关功能于一体的智能集成分波光开关，并将弧形结构全内反射面用于该集成结构中. 基于Si基半导体SiGe合金材料的等离子体色散效应，对该结构智能集成分波光开关的串音、损耗、消光比等特性进行了分析和模拟计算. 计算得到，作为光开关时器件的平均串音、插入损耗和消光比分别为-19, 1.3和21dB，作为分波器时平均串音和插入损耗分别为-11和1.1dB. 设计结果表明，该集成器件不仅能够实现850和1550nm两种波长光信号的开关，而且还能对这两种波长的光信号进行分离，是一种有前途的智能化集成分波光开关.     

基于双层金属光栅的高消光比高透过率太赫兹偏振器

本文设计了一种基于双层金属亚波长光栅的太赫兹偏振器，其可以实现高透过率和良好消光比的特性.该偏振器是通过微加工技术在薄石英衬底的上下表面上制备而成的.实验和模拟结果均表明，双层金属光栅具有与单层金属光栅相近的透过率、更高的偏振度和更高的消光比.在0.3～2.0 THz的频率范围内，测量的透过率在83.4%到62.7%之间，偏振度大于99.7%，消光比大于29 dB.此外，设计的两种双层金属光栅偏振器件成功地应用于太赫兹时域光谱（TeraHertz Time Domain Spectroscopy,THz-TDS）系统中，获得了超过96.2%的偏振度和超过17.1 dB的消光比.通过调整金属亚波长光栅的参数（例如间距、线宽和金属膜厚度），可以进一步提高透过率、偏振度和消光比等特性.     

基于二氧化硅薄膜夹层式亚波长金属光栅的宽波段太赫兹偏振分束器

设计出一种结构新颖的宽波段太赫兹偏振分束器,这种偏振分束器由夹层式亚波长金属光栅制成。亚波长金属光栅偏振分束器可以将入射的任意自然光分成两束偏振状态垂直的线偏振光。其中,TE模反射而TM模透射。设计的偏振分束器在3.5~5.5 THz波段可以达到很高的衍射效率与消光比。但是,在光栅的实际制作过程中,加工技术的缺陷引起的误差大大影响了光栅的性能,比如衍射效率,消光比等。因此文中对一些结构参数进行了计算,从计算结果可以看出这种偏振分束器也有很好的工艺容差。当覆盖层厚度D1与底层介质厚度D3的变化范围分别为1~1.2 m和2.8~3 m时,T0TM大于96.9%,R0TE大于98.7%。Tc和Rc分别大于31 dB和33.4 dB。结果显示,设计的偏振分束器在2 THz的带宽10的大角度范围内,衍射效率高于90%,消光比大于20 dB。因此文中设计对于太赫兹调制器件的研究,以及太赫兹通信系统的集成都有很大的参考价值。     

中波红外集成偏振光栅结构参数对偏振性能影响仿真分析

中红外集成偏振焦平面探测技术将偏振探测技术与中波红外焦平面成像探测技术融合,通过异质集成的方式实现偏振光栅和探测器的单片集成,具有体积小、质量轻,机械稳定性高等优势,可实现多偏振方向的同时成像。像元级的亚波长金属光栅可实现不同偏振方向的高消光比,然而金属材料的选择、光栅的周期、占空比、厚度等参数均会影响偏振探测器的偏振性能。给出了亚波长金属光栅的理论分析,建立了中波红外集成偏振HgCdTe探测器的偏振性能仿真模型,对不同光栅参数对探测器偏振性能影响进行了仿真分析,确定了Al光栅周期200~400 nm,占空比0.5~0.7,厚度＞100 nm的参数选择。仿真分析得到在±14°入射角范围内,偏振消光比变化较小。同时,引入了Si基HgCdTe探测器,仿真分析了SiO₂增透膜厚度对偏振消光比的影响,确定了SiO₂最佳厚度在500 nm附近,对Si基和CdZnTe衬底集成偏振HgCdTe探测器的消光比进行比对,得出了Si基探测器偏振性能更优。仿真结果可为中波红外集成偏振HgCdTe探测器偏振光栅的设计提供理论指导和参考。     

基于二氧化钒薄膜的太赫兹开关器件

二氧化钒(VO2)作为一种优质的光电功能材料一直备受人们的关注,在信息存储、光调制器、太阳能电池、光电探测器等方面有着重要应用。采用磁控溅射及原位退火氧化的"两步法"制备了VO2薄膜,并对其进行晶态、形貌表征。设计并搭建VO2薄膜热致相变实验系统,研究了VO2薄膜在变温条件下对2.52 THz辐射的开关特性。结果表明,VO2薄膜样品为多晶态,具有明显的太赫兹调制效果,可以实现对2.52 THz波的调制,并可作为太赫兹开关/调制器件的功能材料。     

具有光束偏转功能的亚波长光栅偏振分束器

针对亚波长光栅偏振分束器无法实现垂直出射光 、集成耦合效率低的问题,本文设计了 一种具有光束偏转功能的亚波长光栅偏振分束器,可实现偏振分束且能获得垂直出射光。器 件上 层采用光栅衍射理论设计了可实现偏振分束的周期亚波长光栅,下层通过严格耦合波法与波 前相 位控制理论设计了具有光束偏转功能的非周期亚波长光栅。基于有限元软件COMSOL对设计 的器 件进行仿真分析,结果表明该器件可分开TE与TM混合偏振光且能实现光束垂直出射,两种 偏振 光的总透射率在1550nm处超过了76.5%,偏振 消光比为14.0 dB。因此通过该偏振分束器不但可 以获得垂直出射的单偏振光,而且能有效提高垂直耦合型器件的工作效率,有望应用在面向 光纤通信的集成光电器件中。     

Design considerations in optical add/drop multiplexers based ongrating-assisted null couplers

The performance of a fully optimized optical add/drop multiplexer (OADM), based on null couplers and tilted Bragg gratings, is studied in detail. It is shown that maximization of the device performance involves three main optimization steps. First, the waveguide asymmetry (V₂ /V₁ ratio) should be optimized in order to minimize the extinction ratio of the unwanted mode at the null coupler waist. Second, the coupler taper shape should he optimized in order to further minimize the aforementioned extinction ratio. Third, the grating tilt angle and relative width can be also optimized to give negligible backreflections at the input port and minimize radiation losses. The results show that the proposed high-performance OADM configuration can meet stringent telecom specifications     

基于光栅侧面耦合的宽光带集光技术

利用光栅侧面耦合技术多为单波长或窄带光耦合,用于光纤激光器泵浦、光波导集成等领域,而用于可见光宽带耦合的研究很少。通过在波导上集成亚波长衍射光栅结构,可以引导太阳光在波导的侧面进行出光汇集,作为一种新型的太阳能集光器结构。利用时域有限差分算法软件(FDTD)对光栅结构进行仿真,以获得最大衍射效率的光栅结构参数,并对不同入射角度下的衍射耦合效率进行了分析。结果显示,在宽波段的光谱范围内,以上光栅结构均达到较好的衍射效率,其中闪耀光栅衍射效率最大,其衍射效率可达48.8%。这种利用亚波长衍射光栅结构的小型集光器有望应用在有关太阳能能量的收集应用中,例如照明、太阳能电池等。     

光学薄膜常数的测试与分析

光学薄膜常数—折射率、消光系数和膜层厚度是光学薄膜制备的基础，通过透射光谱法测试计算得到的薄膜常数具有较高的精度。Ta2O5是一种常用的氧化物薄膜，研究了两种透射光谱法计算光学薄膜常数的精度，利用Lambda900分光光度计获得了Ta2O5薄膜样品的透过率光谱数据，采用透射光谱包络线法对单层Ta2O5薄膜样品的光学常数进行计算，得到的折射率和消光系数较为准确，并且认为所得到的消光系数为广义消光系数，对精确地测试、计算提出了建议，为不同薄膜样品的制备奠定了技术基础。     

Add-drop multiplexer with UV-written Bragg gratings and directionalcoupler in SiO2-Si integrated waveguides

The needs of wavelength multiplexers is growing and therefore optical add-drop multiplexers (OADMs) become key components for the advanced high bit rate telecommunication networks. Currently, one of the solutions to make OADMs use fiber Bragg gratings and circulators. In order to take advantage of integrated optics and to avoid the use of expensive circulators, we perform this kind of OADM in ridge silica waveguide on silicon. This technology makes possible short based directional coupler (DC) device. In previous work, we firstly realized an OADM which involves a symmetrical directional coupler combined with two Bragg gratings inside the coupling zone. The results meet difficult tradeoff between a high extinction ratio and a narrow spectral width of the rejection band. This paper reports some fabrication improvements for DC-OADM that lead to more efficient components, progress results from a lot of works concerning both the photo-writing process of Bragg gratings and the lowering of the waveguide internal stresses. Thus, we show that apodization of gratings and low birefringence in the waveguides enables us to achieve DC-OADM with an extinction ratio of 30 dB and a spectral bandwidth less than 1.5 nm     

LiNbO3 1×2非对称电极Y分叉数字光开关的研究

文章提出一种关于非对称电极低串扰数字光开关的新型设计方案，在Y分叉后端引入S弯曲波导，通过在Y分叉处的非对称电极和弯曲波导的弯曲电极处施加一定的同步电压，实现了比没有S弯曲的开关更低的串扰。此种设计采用有限差分光束传播方法（FDBPM）来分析，模拟结果显示，在光波长为1．55μm时，开关电压8V．串扰〈-25dB。